一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法与流程

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法。

背景技术：

新能源机组的迅猛发展对火电机组深度调峰提出了越来越高的要求。火电机组中，供热机组由于同时对外供应热及电两种产品，其热电耦合特性大大增加了机组参与电网调峰的难度。目前，许多供热机组供热季节调峰出力只能降低至70%左右。

为提高现有火电机组的调峰幅度，国家能源局开展了灵活性改造示范项目，并提出了灵活性改造的调峰性能提升目标。要求示范项目通过灵活性改造，可热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%-50%额定容量，而这对于现有的供热机组确定了较为苛刻的改造目标。

现有供热机组的调峰能力不仅与对外供热量相关，而且与机组的实际锅炉最低稳燃负荷、低压缸冷却蒸汽流量等因素紧密相关，从电网运行的角度迫切需要确定其确切的调峰能力，以保证对采暖期供热的供热机组进行准确的调度。但目前缺乏一种实用的考虑运行安全裕量的评价技术手段来对现有供热机组的调峰能力进行评价。

因此迫切需要一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法来解决目前面临的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法，用于评价其特定供热负荷下的调峰出力范围，为电网实现对现有供热机组采暖期的准确可靠调度提供重要的参考数据。

本发明采用如下技术方案：

一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法，根据供热机组设计热电特性及额定供热设计工况参数，计算确定出考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量特性曲线及最小、最大主蒸汽流量特性曲线；综合机组实际运行供热抽汽流量，通过确定出的特性曲线计算出考虑适当运行安全裕量的供热机组在供热状态下的调峰最小出力及调峰最大出力，进而明确现有供热机组在特定供热负荷下的调峰出力范围。

进一步的，其具体包括如下步骤：

（1）确定供热机组热电特性曲线中的考虑适当低压缸排汽流量运行安全裕度的最小等排汽流量曲线；

（2）确定供热机组热电特性曲线中考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度的最小主蒸汽流量特性曲线；

（3）根据供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力ptfmin；

（4）根据供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力ptfmax；

（5）获得考虑适当运行安全裕量的供热机组的当前调峰出力范围为ptfmin至ptfmax。

进一步的，所述步骤（1）包括：

1）在供热机组热电特性曲线中，将低压缸最小排汽流量限制线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y1=a1+b1×x（1）

式（1）中，a1、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y1表示机组功率应变量，单位mw；

2）在供热机组汽轮机设计资料中，查找获取汽轮机额定供热工况的以下参数：设计供热抽汽量fcqdes，设计主蒸汽进汽量fmsdes，设计低压缸排汽量flpexdes以及此工况下供热机组机组功率pdes；

3）确定机组在低压缸设计排汽量flpexdes下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线.

4）考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线可表示为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin）×(flpex-flpexmin）（3）

式（3）中，y1表示机组功率应变量，单位mw；y2表示机组功率应变量，单位mw。y1及y2分别根据公式（1）及公式（2）计算得到。

进一步的，在确定考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线时，取偏高值为50t/h作为低压缸最小等排汽流量的适当运行安全裕度。

进一步的，所述机组在低压缸设计排汽量flpexdes下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线通过如下方法确定：

由等式pdes=a2+b1×fmsdes，可求得a2；

a2=pdes-b1×fmsdes

由此机组功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y2=a2+b1×x（2）

式（2）中，a2、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y2表示机组功率应变量，单位mw。

进一步的，所述步骤（2）包括：

1）通过锅炉设计资料，确定锅炉的最大连续蒸发主蒸汽流量fbmcr和最低稳定燃烧设计主蒸汽流量比例rf；fbmcr单位为t/h，rf单位为%；

2）供热运行时考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度，根据现场经验安全裕度取为10%；

3）计算考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后的锅炉最小主蒸汽流量；

fmsmin=fbmcr×(rf+10)/100（4）

式（4）中，fmsmin为考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后的锅炉最小主蒸汽流量，单位t/h；fbmcr为锅炉的最大连续蒸发主蒸汽流量，单位t/h；rf为锅炉最低稳定燃烧设计主蒸汽流量比例，单位%；

4）在供热机组热电特性曲线中，将考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后最小主蒸汽流量曲线上各点进行线性拟合，将机组功率随汽轮机供热抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a0+b0×fc（5）

式（5）中，p为机组功率，单位mw；a0，b0为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机供热抽汽流量自变量，单位t/h。

进一步的，所述步骤（3）包括：

1）在供热机组热电特性曲线中，将等抽汽流量曲线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

zi=ci+di×x（6）

式（6）中，i为由机组等抽汽流量的编号，范围由0至n，随抽汽流量编号的增加抽汽流量逐渐增大，i=0表示对应抽汽流量为零即纯凝运行工况，i=n时表示最大抽汽流量的供热工况；ci、di表示各等抽汽流量曲线的特性系数；x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；zi表示机组功率应变量，单位mw。

2）在任意供热抽汽量fcq时功率随主蒸汽流量的变化特性可表示为：

当fcq(i)<fcq<fcq(i+1)时，

z=zi+(zi+1-zi)/(fcq(i+1)-fcq(i))×(fcq-fcq(i))（7）

式（7）中zi及zi+1均根据公式（6）计算得到。

3）确定供热机组的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线的相交运行工况点，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin1。

4）根据考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度的最小主蒸汽流量特性曲线，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin2。

5）确定供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq下机组对应的调峰最小出力ptfmin：

pftmin=max(ptfmin1，ptfmin2)。

进一步的，所述确定供热机组的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线的相交运行工况点，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin1的步骤如下：

a、假设主蒸汽流量x1=fmsdes，根据公式（3）及公式（7）求得y、z值，△1=y-z；

假设主蒸汽流量x2=0，根据公式（3）及公式（7）求得y、z值，△2=y-z；

b、如果△1×△2>0，则低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线无相交工况点，ptfmin1=0，结束本步骤求解；

c、如果△1×△2<0，执行以下步骤：

d、x3=(x1+x2)/2，根据公式（3）及公式（7）求得y，z值，△3=y-z；

如果│△3│<0.01，ptfmin1=z，结束本步骤求解；

如果△1×△3<0时，x2=x3，△2=△3，转至步骤d；

如果△2×△3<0时，x1=x3，△1=△3，转至步骤d。

进一步的，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin2的具体方法为：将供热抽汽量fcq代入公式（5），求得的机组功率即为最小调峰出力ptfmin2。

进一步的，所述步骤（4）包括：

1）在供热机组热电特性曲线中，将设计主蒸汽进汽量fmsdes曲线上各点进行线性拟合，将功率随汽轮机抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a1+b1×fc（11）

式（11）中，p为机组功率，单位mw；a1，b1为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机抽汽流量自变量，单位t/h；

2）计算设计主蒸汽进汽量fmsdes时机组调峰最大出力值达到机组纯凝工况额定出力值pn时对应的供热抽汽流量临界值fcq’；

由pn=a1+b1×fcq’,可得到fcq’=（pn-a1）/b1

3）根据下列方式确定机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax：

当fcq>=fcq’时，按照公式（11）计算机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax；

当fcq<fcq’时，ptfmax=pn。

本发明的有益效果在于：本发明基于供热机组设计热电特性及额定供热设计工况参数，计算确定出考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量特性曲线及最小、最大主蒸汽流量特性曲线；综合机组实际运行供热抽汽流量，通过确定出的特性曲线计算出考虑适当运行安全裕量的机组在供热状态下的调峰最小出力及调峰最大出力。本方法解决了现有考虑适当运行安全裕量的供热机组在任一供热状态下的调峰出力范围的评价问题，为电网实现对此类供热机组的准确可靠调度提供了重要的参考数据；采用本专利的简化评价方法，也可为电网调度部门确定现有考虑适当运行安全裕量的供热机组在采暖期不同阶段的运行方式提供重要参考数据，提高现有供热机组在考虑适当运行安全裕量条件下对电网的调峰能力。

附图说明

图1为典型评估的供热机组的系统示意图。

图2为用于本发明方法的评估装置的示例图。

其中，1、1号低加；2、2号低加；3、3号低加；4、4号低加；5、除氧器；6、高压缸；7、中压缸；8、低压缸；9、1号高加；10、2号高加；11、3号高加；12、热网加热器；13、热网疏水泵；14、热网来回水；15、至热网供水；16、凝结水泵；17、给水泵；18、联通管上供热调整蝶阀；19、锅炉来主蒸汽；20、锅炉来热再热蒸汽；21、至锅炉冷再热蒸汽；22、至锅炉给水；200、获取模块；201、第一计算模块；202、第二计算模块；203、第三计算模块；204、第四计算模块；205、显示模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种考虑运行安全裕量的采暖供热机组实际调峰能力评价方法，采用以下步骤来确定考虑适当运行安全裕量的供热机组的调峰出力范围。

（1）评估的供热机组具有的系统配置特性

1）供热机组汽轮机为常规抽凝式汽轮机。

2）采暖供汽取自压力较低的汽轮机抽汽。抽汽压力为可调整抽汽，通过低压缸进口联通管上的调整蝶阀进行调节，压力范围0.2~1.0mpa。

3）采暖供汽至热网加热器换热后，热网加热器冷凝水通过疏水泵输送至除氧器进口凝结水管道。

4）供热机组为再热式机组时，采暖供汽均取自再热式汽轮机中压缸抽汽。

5）评估的供热机组只向热网加热器提供采暖供汽，无对外工业用汽需求，即汽轮机为单抽汽供热汽轮机。

典型评估的供热机组的系统示意如附图1所示。

（2）确定供热机组热电特性曲线中的考虑适当低压缸排汽流量运行安全裕度的最小等排汽流量曲线。

1）在供热机组热电特性曲线中，将低压缸最小排汽流量限制线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y1=a1+b1×x（1）

式（1）中，a1、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y1表示机组功率应变量，单位mw。

2）在供热机组汽轮机设计资料中，查找获取汽轮机额定供热工况的以下参数：设计供热抽汽量fcqdes，设计主蒸汽进汽量fmsdes，设计低压缸排汽量flpexdes以及此工况下供热机组机组功率pdes。

3）确定机组在低压缸设计排汽量flpexdes下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线；

由等式pdes=a2+b1×fmsdes，可求得a2；

a2=pdes-b1×fmsdes

由此机组功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为：

y2=a2+b1×x（2）

式（2）中，a2、b1分别为特性系数，x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；y2表示机组功率应变量，单位mw。

4）考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线可表示为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin）×(flpex-flpexmin）（3）

式（3）中，y1表示机组功率应变量，单位mw；y2表示机组功率应变量，单位mw。y1及y2分别根据公式（1）及公式（2）计算得到。

本专利中考虑实际运行中低压缸排汽流量比设计低压缸最小排汽流量要偏高，并取偏高值为50t/h作为适当运行安全裕度。公式（3）可进一步变换为：

y=y1+(y2-y1)/(flpexdes-flpexmin）×50（3）

（3）确定供热机组热电特性曲线中考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度的最小主蒸汽流量特性曲线。

1）通过锅炉设计资料，确定锅炉的最大连续蒸发主蒸汽流量fbmcr和最低稳定燃烧设计主蒸汽流量比例rf；fbmcr单位为t/h，rf单位为%；

2）供热运行时考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度，根据现场经验安全裕度取为10%；

3）计算考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后的锅炉最小主蒸汽流量；

fmsmin=fbmcr×(rf+10)/100（4）

式（4）中，fmsmin为考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后的锅炉最小主蒸汽流量，单位t/h；fbmcr为锅炉的最大连续蒸发主蒸汽流量，单位t/h；rf为锅炉最低稳定燃烧设计主蒸汽流量比例，单位%；

4）在供热机组热电特性曲线中，将考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后最小主蒸汽流量曲线上各点进行线性拟合，将机组功率随汽轮机供热抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a0+b0×fc（5）

式（5）中，p为机组功率，单位mw；a0，b0为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机供热抽汽流量自变量，单位t/h。

（4）根据供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力ptfmin。

具体步骤如下：

1）在供热机组热电特性曲线中，将等抽汽流量曲线进行线性拟合，将功率随主蒸汽流量的变化特性拟合为:

zi=ci+di×x（6）

式（6）中，i为由机组等抽汽流量的编号，范围由0至n，随抽汽流量编号的增加抽汽流量逐渐增大，i=0表示对应抽汽流量为零即纯凝运行工况，i=n时表示最大抽汽流量的供热工况；ci、di表示各等抽汽流量曲线的特性系数；x表示主蒸汽流量自变量，单位t/h；zi表示机组功率应变量，单位mw；

2）在任意供热抽汽量fcq时功率随主蒸汽流量的变化特性可表示为：

当fcq(i)<fcq<fcq(i+1)时，

z=zi+(zi+1-zi)/(fcq(i+1)-fcq(i))×(fcq-fcq(i))（7）

式（7）中zi及zi+1均根据公式（6）计算得到；

3）确定供热机组的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线的相交运行工况点，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin1；

步骤如下：

a、假设主蒸汽流量x1=fmsdes，根据公式（3）及公式（7）求得y、z值，△1=y-z；

假设主蒸汽流量x2=0，根据公式（3）及公式（7）求得y、z值，△2=y-z；

b、如果△1×△2>0，则低压缸最小等排汽流量曲线及汽轮机供热抽汽流量曲线无相交工况点，ptfmin1=0，结束本步骤求解；

c、如果△1×△2<0，执行以下步骤：

d、x3=(x1+x2)/2，根据公式（3）及公式（7）求得y，z值，△3=y-z；

如果│△3│<0.01，ptfmin1=z，结束本步骤求解；

如果△1×△3<0时，x2=x3，△2=△3，转至步骤d；

如果△2×△3<0时，x1=x3，△1=△3，转至步骤d。

4）根据考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度的最小主蒸汽流量特性曲线，求得供热机组的最小调峰出力ptfmin2。

具体方法为，将供热抽汽量fcq代入公式（5），求得的机组功率即为最小调峰出力ptfmin2。

5）确定供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq下机组对应的调峰最小出力ptfmin：

pftmin=max(ptfmin1，ptfmin2)。

（5）根据供热机组汽轮机供热抽汽流量fcq，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力。

具体步骤如下：

1）在供热机组热电特性曲线中，将设计主蒸汽进汽量fmsdes曲线上各点进行线性拟合，将功率随汽轮机抽汽流量的变化特性拟合为：

p=a1+b1×fc（11）

式（11）中，p为机组功率，单位mw；a1，b1为线性拟合曲线系数；fc为汽轮机抽汽流量自变量，单位t/h；

2）计算设计主蒸汽进汽量fmsdes时机组调峰最大出力值达到机组纯凝工况额定出力值pn时对应的供热抽汽流量临界值fcq’；

由pn=a1+b1×fcq’,可得到fcq’=（pn-a1）/b1

3）根据下列方式确定机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax：

当fcq>=fcq’时，按照公式（11）计算机组供热抽汽量fcq下机组调峰最大出力值ptfmax；

当fcq<fcq’时，ptfmax=pn

（6）考虑适当运行安全裕量的供热机组的当前调峰出力范围为ptfmin至ptfmax。

用于上述评估方法的评估装置的示例图如图2所示，该装置可以包括：获取模块200、第一计算模块201、第二计算模块202。

获取模块200，记载供热机组具有的系统配置信息，获取供热机组额定供热工况参数以及供热机组的实际运行数据。

第一计算模块201，将低压缸最小排汽流量限制线进行线性拟合，确定机组在低压缸设计排汽量下的功率随主蒸汽流量的变化特性曲线以及考虑适当运行安全裕度的实际运行低压缸最小等排汽流量曲线。

第二计算模块202，计算考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后的锅炉最小主蒸汽流量以及在供热机组热电特性曲线中，将考虑适当锅炉稳定燃烧运行安全裕度后最小主蒸汽流量曲线上各点进行线性拟合。

第三计算模块203，根据供热机组汽轮机供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最小出力。

第四计算模块204，根据供热机组汽轮机供热抽汽流量，在供热特性曲线上确定机组对应的调峰最大出力。

显示模块205，显示第三计算模块203和第四计算模块204的计算结果，即考虑适当运行安全裕量的供热机组的当前调峰出力范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。